日本で生まれた次世代技術、「ペロブスカイト型太陽電池」の実用化が迫ってきた。安価に製造でき、薄くて曲げられるため、クルマの側面やドーム球場の屋根などにも使える。発電効率は現在主流のシリコン型に追い付きつつあるが、大型化と耐久性が課題だ。
見た目はまるで「黒いクリアファイル」。薄くて軽く、手でぐにゃりと曲げることもできる。だがよく見ると、電気を通すための金属線が横に走っている。下の写真は東芝と新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）が今年6月に発表した新種の太陽電池。材料の結晶構造の名称から「ペロブスカイト型」と呼ばれている。日本発の次世代太陽電池の大本命で、ノーベル賞の有力候補と目されている。
「低コストで簡単に作れるのに、用途は幅広い。革新的な太陽電池だ」。こう胸を張るのは、2009年に論文を公開し、この分野の第一人者として知られる桐蔭横浜大学の宮坂力・特任教授だ。かつては発電効率などに課題があったが、潜在力に着目した世界中の大学や企業が開発競争を繰り広げたことで、性能が急速に向上。実用化まであと一歩の段階まで迫ってきた。
ペロブスカイト型が「革新的」とされるのには、大きく4つの理由がある。
1つ目は、「低コスト」で製造できる点だ。ペロブスカイトとは複数の元素によってつくられる結晶構造のこと。太陽電池用には鉛やヨウ素などが使われるのが一般的だ。このペロブスカイトを液体に溶かして、軟らかいフィルムなどの基板に塗布する。十分に乾燥させ、電極などを配置して完成だ。
現在主流のシリコン型では、製造工程で真空状態をつくったり、約1400度で熱したりする必要がある。一方でペロブスカイト型は、基板に材料を塗るだけなので、大がかりな装置を使わずに済む。ありふれた物質を使うため、調達コストも安い。材料と製造設備を含めてシリコン型の半分以下のコストで製造できると試算されている。
2つ目は、「薄くて曲げられる」こと。
シリコン型は硬くて重いため、広くて平坦な土地や、耐荷重性の高い建物の屋上などに設置場所が限られる。
対照的に、薄くて軽いペロブスカイト型の用途は幅広い。クルマの側面やドーム状の屋根など、曲がった場所は得意分野。ソーラー乗用車なども実現しそうだ。建物の壁面やプレハブ小屋など、強度に乏しい場所にも設置できる。衣服などに装着すれば様々な「ウエアラブル端末」が登場するだろう。
一般的なペロブスカイト型太陽電池は濃い褐色だが、材料の組成と厚みを調節することで、半透明にもできる。ビルの窓ガラスなどにも応用できそうだ。
■発電効率は20％を突破
3つ目は「発電効率の高さ」だ。最新のシリコン型太陽電池は、光エネルギーの25％程度を電気エネルギーに変換できる。現時点でも薄くて曲げられる太陽電池は存在するが、代表選手の「有機薄膜型」の発電効率は10％程度にとどまる。
宮坂氏が発表した当初、ペロブスカイト型の発電効率は4％程度だったが、10年足らずで20％を突破。17年には韓国の研究チームが22.7％を達成した。理論上の発電効率は30％を超えるとされ、近い将来にシリコン型を抜くとみる専門家は数多い。
4つ目は放射線への耐性が高く、「宇宙での活用」が期待できることだ。
宇宙航空研究開発機構（JAXA）と宮坂氏らは、人工衛星などへの搭載を目指してペロブスカイト型太陽電池を開発している。宇宙空間で強烈な放射線にさらされると太陽電池の発電効率は低下する。耐性を持つ電池材料を開発することが、課題だ。
軽さと発電効率を両立できることも、宇宙用途に向いている。軽量化は打ち上げコスト削減に直結する。JAXAで開発を手がける宮澤優・研究員は「民間企業が人工衛星の開発に相次ぎ参入したことで、より低コストな太陽電池が求められる」と語る。
ただし、実用化には複数のハードルがある。まずは「大型化」だ。
基板の面積を大型化するほど、発電効率は低くなる。不純物の混入や結晶構造の崩れが発生しやすいうえ、適切な厚さで均一に塗布することが難しくなるからだ。近年発表されたペロブスカイト型太陽電池は発電効率が高い半面、一辺が数cm程度の小さなものが多いのが実情だ。
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